Sr和Nb复合掺杂Bi4Ti3O12基高温压电陶瓷的研究

采用传统固相法制备了Bi4Ti3O12 +0-91wt;Nb2O5+xwt; SrCO3(BTNO-Sr,0.00≤x≤1.50)层状压电陶瓷,研究了Sr掺杂对BTNO系陶瓷微观结构与电性能的影响.结果表明所有样品均为单一的铋层状结构相陶瓷.适量引入Sr能使BTNO系陶瓷的晶粒尺寸细化与均一,表现出介电弥散性,并改善其压电、机电和铁电性能.当x=0.50时,样品性能最佳:相对密度p=98.8;,压电常数d33=22 pC/N,平面机电耦合系数kp=9.5;,机械品质因子Qm =4462,剩余极化强度Pr=13.01μC/cm2,居里温度Tc=620℃.此外,介电性能和热稳定性能研究显示材料x=0.50具有好的压电稳定性,适合于制备高温高频压电器件.     

La掺杂CaMnO3基热电材料微观结构与热电性能研究

采用共沉淀法制备,分别在空气与混合了纳米碳粉的Al2 O3粉末(高温渗碳处理)中进行高温烧结后得到多晶钙钛矿型Ca1-xLaxMnO3(x=0,0.02,0.04,0.10)热电陶瓷,并对陶瓷样品的微观结构、热电性能进行了表征与评价.结论如下:T>700 K时,进行过高温渗碳处理的La2/C(x=0.02)系列,具有体系最大Seebeck系数绝对值240～250μV/K,功率因子PF在2.2～2.4 W·m-1·K-2,即电性能最优.所有掺杂样品较本征半导体热导率κ均有所降低.在920 K时,La2/C系列具有体系最大的热电优值ZTmax=0.067,约为同温度下未掺杂CaMnO3陶瓷ZT值的2倍.     

Nd掺杂对磁控溅射Bi4-xNdxTi3O12铁电薄膜结构和性能的影响

采用磁控溅射工艺在p-Si衬底上制备了Bi4-xNdxTi3O12铁电薄膜,研究了Nd掺杂对Bi4-xNdxTi3O12薄膜微观结构、介电和铁电性能的影响.结果表明,Nd掺杂并未改变薄膜的晶格对称性,仍然保持Bi层状钙钛矿结构,但能在一定程度上抑制晶粒的生长,使薄膜的晶粒更加细小、均匀,同时能明显改善薄膜的介电、铁电性能.Nd掺杂量x=0.30 ～0.40时,Bi4-xNdxTi3O12薄膜的综合性能较好,其介电常数εr＞250,介电损耗tanδ ＜0.1,剩余极化Pr=20.6 μC/cm2,Ec＜ 150 kV/cm.Ag/Bi4-xNdxTi3O12/p-Si异质结顺时针回滞的C-V曲线表明该异质结可实现极化存储,其记忆窗口达1.6V.但掺杂量不宜过多,当Nd掺杂量达到0.45以后,薄膜的介电、铁电性能反而有所下降.     

Tb掺杂CaMnO3氧化物材料热电输运性能的研究

采用溶胶-凝胶法结合陶瓷烧结工艺制备了Tb掺杂CaMnO3基氧化物热电材料,系统研究了Tb掺杂材料物相组成、微观组织和和电输运性能.结果表明,Tb掺杂试样均为单一物相的CaMnO3晶体材料.随着Tb掺杂量的增加,试样晶粒逐渐细化.所得CaMnO3基材料内部晶粒互连,试样结构较为致密.所有Tb掺杂试样电阻率随温度升高而降低,呈明显的半导体传输特性,其中Tb掺杂量为0.14的试样电阻率最低.Tb掺杂试样Seebeck系数绝对值随掺杂量的增加而降低,这是由于Tb掺杂引入的电子型载流子造成的.所有试样功率因子均随温度升高而逐渐增加,并且所有Tb掺杂试样的功率因子均大于未掺杂试样.其中Tb掺杂量为0.08的块体试样功率因子在测试温度最高点973 K时达到最大值2.0×10-4 W·m-1·K-2,远高于未掺杂试样,通过稀土元素Tb掺杂可以优化CaMnO3基过渡金属氧化物材料的电性能.     

Ce掺杂对0.9Na0.5Bi2.5Nb2O9-0.1LiNbO3高温无铅压电陶瓷性能的影响

本文采用固相法制备了Ce掺杂的0.9Na0.5Bi2.5Nb2O9-0.1LiNbO3(NBN-LN+ xwt; CeO2)层状高温无铅压电陶瓷;系统地研究了CeO2掺杂对NBN-LN陶瓷的物相、显微结构及电性能的影响;获得的样品均为居里点高于780℃的单一铋层状结构相陶瓷;当CeO2掺杂量x=0.75时,样品具有最佳电性能:d33=28 pC/N,kp=12.11;,tan δ=0.10;,Pr=9.50 μC/cm2;且该组分陶瓷样品在700℃经退极化处理后,其d33仍保持在22 pC/N以上,表明该材料在高温领域下具有良好的应用前景.     

稀土元素(Ce、Nd和Eu)掺杂Bi4Si3O12晶体的生长与性能

本文采用坩埚下降法生长出20mm×20mm×100mm优质Bi4Si3O12晶体及Ce、Nd和Eu掺杂Bi4Si3O12晶体.测试了晶体的透射光谱、能谱及光产额、FWHM能量分辨率和激发-发射光谱.总结并解释了掺杂影响Bi4Si3O12晶体闪烁性能的规律,探讨了掺杂改善晶体闪烁性能的可能性.     

Sm掺杂Bi4Ti3O12陶瓷晶体结构及电性能的研究

采用固相反应工艺制备了Sm3+掺杂层状结构无铅Bi4-xSmxTi3O12(x=0.00,0.25,0.50,0.75,1.00,1.25)介电陶瓷.利用XRD、SEM等测试方法研究了Sm掺杂量、烧结温度和保温时间对Bi4-xSmxTi3O12 (BST) 陶瓷晶体结构及电性能的影响.结果表明:所制备的Bi4-xSmxTi3O12陶瓷均具有单一正交相结构,BST陶瓷表面晶粒的显微形貌表现为随机排列的棒状结构.样品的铁电性能测试表明,Sm3+施主掺杂明显降低了BIT的电导率,随着Sm3+含量的增加,Sm3+逐渐有部分取代B位,由于Sm3+取代Ti4+大大降低了氧空位的浓度,使得氧空位对电畴的钉扎作用减弱,并且材料的剩余极化Pr也相应提高.     

(1-x)Bi4Ti3O12-xSrBi2Nb2O9铋层状铁电陶瓷结构与性能研究

采用传统固相法制备了(1-x)Bi4Ti3 O12-xSrBi2 Nb2 O9(BIT-SBN,x=0,0.025,0.050,0.100,0.150,0.200)铋层状无铅压电陶瓷.系统研究了SrBi2 Nb2 O9掺杂对Bi4Ti3 O12基陶瓷物相结构、微观结构以及jie电性能的影响.结果表明:所有陶瓷样品均为单一的铋层状结构;当SBN掺量为0.100时,样品具有最佳的电性能:d33=21 pC/N,相对密度ρ =98.1;,机电耦合系数kp=8.26;,εr=220,介电损耗tanδ =0.29;,剩余极化强度Pr=9.128 μC/cm2,Tc=594℃.同时,SBN的引入增强了样品的抗老化性和热稳定性.     

La、Nb掺杂对Bi4Ti3O12薄膜介电性能和C-V特性的影响

采用溶胶-凝胶工艺制备了Bi4-xLaxTi3O12和Bi4Ti3-yNbyO12铁电薄膜,研究了La、Nb掺杂对薄膜介电性能和C-V特性的影响.研究表明,在x<0.75、y<0.06范围内,随La、Nb掺杂量的增加, Bi4-xLaxTi3O12和Bi4Ti3-yNbyO12薄膜的介电常数和C-V特性曲线回滞窗口增大,介电损耗和漏电流密度减小.x>0.5时,Bi4-xLaxTi3O12薄膜可获得大于1.8 V的C-V回滞窗口,且经1010极化开关后其回滞窗口的减小未超过6;;而Nb掺杂对增大Bi4Ti3-yNbyO12薄膜C-V回滞窗口的作用更加明显,但经1010极化开关后,其回滞窗口的减小较为明显,并出现一定平移.     

Fe掺杂CoSb3化合物的热电性能及电子结构研究

采用机械合金化结合冷等静压的方法制备了Co4-xFexSb12化合物,探讨了Fe掺杂对化合物热电性能的影响;利用基于密度泛函理论赝势平面波的方法对Fe掺杂前后的CoSb3的电子结构进行了计算.结果表明:在Co4-xFexSb12化合物中Fe的固溶极限x在0.3～0.5之间;CoSb3的费米而位于导带和价带之间,其电阻率随温度的升高而降低,为非简并半导体;Fe掺杂后费米面进入价带,使其成为P型简并半导体,电阻率较掺杂前大大降低并随温度的升高而增加;本实验条件下,Co37Fe0.3Sb12化合物的功率因子在600 K时出现1406.31μW/ m·K2的最高值,是未掺杂试样的功率因子最高值的7.4倍.     

Sr掺杂对Ca3Co4O9基材料热电性能的影响

采用溶胶-凝胶法,结合常压烧结工艺制备了Ca3-xSrxCo4O9(x=0～0.5)热电陶瓷材料,并对材料的热电性能进行了测试。结果表明,Sr掺杂对Ca3Co4O9基材料的热电性能有较大影响。随着掺杂量的增加,电导率逐渐增大,Seebeck系数略有减小。Sr掺杂能显著降低热导率,而且随着掺杂量的增加,热导率的下降幅度逐渐增大。Sr掺杂显著改善Ca3Co4O9材料的热电性能,当掺杂量为0.5时获得最佳热电性能,573 K时Z值达1.07×10-4 K-1。     

溶胶-凝胶法制备Ca0.4Sr0.6Bi4Ti4O15细晶陶瓷

采用凝胶预碳化处理工艺制备了颗粒粒径较小,无硬团聚的Ca0.4Sr0.6Bi4Ti4O15纳米粉体,以Ca0.4Sr0.6Bi4Ti4O15非晶团簇粉体为陶瓷素坯的原料,同组分高浓度的Ca0.4Sr0.6Bi4Ti4O15溶胶为粘结剂,制备了Ca0.4Sr0.6Bi4Ti4O15细晶陶瓷,研究了Ca0.4Sr0.6Bi4Ti4O15粉体的相结构和微观形貌以及陶瓷的显微结构和铁电性能.实验结果表明:700 ℃焙烧粉体呈现为非晶团簇,800 ℃焙烧粉体形成了纯层状钙钛矿结构,粒径在100～150 nm之间,无硬团聚;950 ℃烧结的Ca0.4Sr0.6Bi4Ti4O15细晶陶瓷结构致密,晶粒尺寸在0.2～0.5 μm之间,其铁电性能优良,剩余极化Pr=12.5 μC/cm2,矫顽场强Ec=50 kV/cm.     

高居里点(1-x)Ba_(0.998)La_(0.002)TiO_3+xBi_4Ti_3O_(12)系统陶瓷微观结构及温度特性的研究

采用传统陶瓷制备工艺制备(1-x)Ba_(0.998)La_(0.002)TiO_3+ xBi_4Ti_3O_(12) (0≤x≤0.01)系统陶瓷.对在还原气氛(氮气)中烧成的陶瓷样品在一定温度下进行再氧化处理.研究了不同Bi_4Ti_3O_(12)掺杂浓度以及再氧化过程对BaTiO_3微观结构、介电性能及居里温度Tc的影响.结果表明:掺杂Bi_4Ti_3O_(12)后,BaTiO_3陶瓷的晶粒尺寸明显减小;Bi_4Ti_3O_(12)具有提高陶瓷居里点温度的作用,当x=1.0时,居里温度提高到T_c=150 ℃.随着BIT加入量的增加,电子与缺位混合补偿,晶格中将产生金属离子缺位,以补偿多余电子,因此随着BIT掺入量的增加,电阻率逐渐增大.     

Dy3+掺杂对CaLaAl3O7晶体结构和发光性能的影响

采用高温固相法制备了CaLa1-xAl3O7∶ xDy3+(0≤x≤0.15)发光粉体,利用X射线衍射分析了材料的物相,计算发现:随Dy3+掺杂浓度的增加,晶胞体积线性减小.在348 nm光激发下,该系列样品发射谱为Dy3+的4f9组态内的特征发射峰,峰值波长分别为478 nm、577 nm和667 nm,总的发射呈现白色,色坐标计算值几乎相同,而且都处于白光区域内(色坐标(0.33,0.33)).CaLa1-xAl3 O7∶xDy3+材料发光强度随Dy3+浓度的增大呈现先增大后减小的趋势,在x=0.04时达到峰值.分析了材料在577 nm发射强度与Dy掺杂浓度的关系,并根据D.L.Dexter的相关理论得到:Dy3自身猝灭机理是电偶极-偶极相互作用.     

Vertical Bridgman Growth and Scintillation Properties of Doped Bi4Si3O12 Crystals

Pure BSO and Ce, Nd, Eu, Cr and Fe doped BSO crystals of high optical quality with 20x20x100mm³ have been grown by the vertical Bridgman method. After measuring their transmission spectra, light outputs, FWHM energy resolutions and excitation-emission spectra, we summarized and explained the laws of doped effects on the scintillation characteristics. we can expect that Eu may be the most promising dopant candidate of the doped elements for improving the scintillation characteristics of BSO crystal.     

氧化铁掺杂对PMnS-PZN-PZT压电陶瓷性能的影响

通过对晶体结构与压电、介电性能测试,探讨了Fe_2O_3掺杂对PMnS-PZN-PZT陶瓷压电性能的影响.结果表明,PMnS-PZN-PZT陶瓷结构位于三方、四方相共存的MPB区间,Fe_2O_3掺杂导致晶体三方、四方相结构含量发生变化.当Fe_2O_3掺杂含量为0.45 wt;时,晶体结构位于准同型相区间偏四方相结构的位置,压电与介电性能达到最佳:tanδ=0.12;,d_(33)=356 pC · N~(-1),k_p=0.60,Q_m=745,在230 ℃以下的温度范围具有很好的频率温度稳定性.     

SiO_2添加物对CaCu_3Ti_4O_(12)陶瓷的微观结构与介电性能的影响

采用传统固相反应法制备了不同SiO_2掺量的CaCu_3Ti_4O_(12)(CCTO) 陶瓷材料,并研究了SiO_2含量对CCTO陶瓷物相结构、微观形貌及介电性能的影响.结果表明:高温烧结时,SiO_2不会与CCTO发生固相反应,而作为第二相物质存在于CCTO陶瓷的晶界,并对CCTO陶瓷的微观结构产生不同程度的影响.CCTO陶瓷的介电常数和介电损耗随SiO_2含量的增多而相应减小.阻抗分析表明,CCTO陶瓷的晶粒电阻随SiO_2的掺入略有改变,而晶界电阻则随SiO_2的掺入而显著增大.分析认为,晶界电阻的增大是导致CCTO陶瓷介电损耗降低的主要原因.     

Bi_2O_3对MnCoNiO基NTC热敏半导体陶瓷显微结构和电性能影响

采用Bi2O3作烧结助剂,研究了Bi2O3含量,烧结温度对MnCoNiO基NTC热敏半导体陶瓷显微结构与电性能。结果表明:添加0.25 wt%~1.5 wt%Bi2O3可以显著促进烧结,烧结温度可降低至1000℃。随着Bi2O3含量的增加,陶瓷样品的粒径先减小,后增大,含有1.0wt%Bi2O3的样品晶粒最大,伴随着显微结构的变化,材料的电阻率和材料常数(B)先减小,后增大;烧结温度对上述材料体系的电性能有着较大的影响,其影响主要来自于烧结温度对晶粒大小和体系内部阳离子分布的改变。